核电厂电缆霉变老化问题分析

2019-12-21瞿虎威陈超

商品与质量 2019年41期

瞿虎威陈超

中国核电工程有限公司北京 100840

电缆是构成核电厂仪表和控制系统的重要部件，与核电厂的安全运行密切有关。一座核电厂包含成千上万米的电缆和导线，包括：仪表和控制电缆、低压电力电缆、中压电力电缆、一般功能电缆。一般的电缆老化原因主要由热应力、辐射应力所造成，由化学应力造成的老化案例主要集中在特定的环境条件。

电缆表面霉变后，首先会影响产品外观，使不同颜色的电缆表面产生变色；另外还可能会降低绝缘材料的介电强度，影响绝缘电阻和体积电阻率，甚至发生电击穿，导致核电厂安全事故的发生。

为了避免核电厂电缆（尤其是核级电缆）由于霉变引起不可预测的安全事故发生，本文将通过分析电缆霉变的机理，梳理核级电缆的设计技术要求，提出几个核电厂电缆霉变老化问题解决方案，并进行分析讨论。

1 电缆的霉变机理

电缆发生霉变现象，其原因有两个方面：一个是内在的原因，主要是电缆护套材料含有霉菌所需的养分，有利于霉菌的生长；另一个是外界环境的原因，根据有关微生物霉菌繁殖相关的研究成果[1]，可知：适合霉菌生长的相对湿度为80%-90%，而当相对湿度超过95%时，是霉菌生长最为旺盛的条件；适合霉菌生长的温度是15℃-35℃，而最适宜的温度是25℃-30℃，当温度低于0℃或高于40℃时，霉菌将停止生长；空气流动速度快可抑制霉菌的繁殖和生长，而在空气流动慢的地区，霉菌生长很快；另外，如果电缆与易生长霉菌的材料接触后，霉菌亦容易蔓延到电缆表面。

有文献报道浙江海盐地区某核电厂内电缆出现长霉的状态[2]，霉菌为白色，长度在0.5cm-1cm之间，附着在各种类型的电缆护套表面。检查结果发现，电缆表面的主要霉菌种类共有7种，分别是黄曲霉、土曲霉、黑曲霉、桔青霉、绳状青霉、短柄帚霉和总状毛霉，均为常见污染菌。电缆配方中的添加剂，如碳酸钙、炭黑、石蜡或脂肪酸类等通常有助于霉菌生长。目前最常用的无卤低烟阻燃护套材料，其中填充大量氢氧化物和一定量的硬脂酸，表面长霉的可能性是存在的。

2 主要设计技术要求

对于控制电缆，其设计应遵守RCC-E、IEC标准、AFNOR标准和中国国家标准。目前发现的控制电缆产生霉变的主要位于反应堆厂房外，而反应堆厂房外控制电缆的环境应满足：

2.1 气候

-- 环境温度：极限值 0℃ -+55℃

-- 大气压力 960mbar-1060mbar

-- 由于热辐射和热传导的温升 15K

-- 最大相对湿度 100%

2.2 大气中的污染物

-- 盐分含盐空气

-- 水水喷淋

-- 灰尘存在

2.3 机械应力

-- 最大空气速度 10m/s

--振动：

i.在截止频率时的振幅（峰值）0-75μm

ii.频率10Hz-2000Hz

iii.加速度0.2g

由于电缆的霉变主要发生在外护套上，控制电缆外护套的设计技术要求：

（1）电缆组件应用交联、阻燃、无卤的材料制成灰色的外护套。

（2）用作电缆护套的阻燃、无卤材料机械性能应符合以下数值：

--供货状态的抗张强度≥9Mpa，断裂伸长率≥120%；

--交联材料在120±2℃烘箱中老化240小时，热塑材料在110±2℃下老化240小时后：抗张强度的变化≤±25%，断裂伸长率的变化≤±25%。

（3）外护套应耐水、二氧化物和三氧化物、臭氧、油或油脂、轻质燃油的腐蚀。

3 霉变老化问题解决方案及分析

上述章节分析了电缆产生霉变的机理，并且以控制电缆为例阐述了电缆的设计技术要求，但要想解决电缆在核电厂运行过程中产生霉变的问题，需要最终给出一套合理、可靠、经济地解决方案。

结合电缆产生霉变的机理、电缆的设计技术要求、以及核电厂的运行要求，可以得到以下备选的4种解决问题的方案：

3.1 整体更换电缆

整体更换已发霉的电缆，用更为耐霉菌电缆替代原有的电缆，一次性地彻底解决电缆霉变问题；优势是从电缆本身着手，能根本性地彻底解决电缆霉变问题，劣势是改造成本大、项目施工周期长，且影响核电厂的运行和大修，可行性很低。

3.2 通风系统改造

对发生电缆霉变的厂房或构筑物进行通风系统改造，改变电缆所处的环境条件，包括温度、湿度、空气流动速度等；优势从环境着手，优化电缆的服役环境，能长期地避免电缆再次发生霉变，劣势是改造成本较大、通风系统改造方案复杂，影响核电厂的大修计划。有一定地可行性，需综合考虑核电厂业主的需求，并需充分考虑核电厂运行、大修期间的计划安排。